[发明专利]一种基于NSCT和DM的飞机环控系统控制组件性能退化评估方法有效

专利信息
申请号: 202010098234.X 申请日: 2020-02-18
公开(公告)号: CN111308985B 公开(公告)日: 2021-03-26
发明(设计)人: 程玉杰;宋登巍;曾继炎;吕琛 申请(专利权)人: 北京航空航天大学
主分类号: G05B23/02 分类号: G05B23/02
代理公司: 北京京万通知识产权代理有限公司 11440 代理人: 万学堂
地址: 100083*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 nsct dm 飞机 系统 控制 组件 性能 退化 评估 方法
【说明书】:

一种基于NSCT和DM的飞机环控系统控制组件性能退化评估方法,该方法利用环控系统控制组件的系统输入和输出信号数据,实现环控系统控制组件的性能退化评估。首先,利用基于RBF的观测器,生成环控系统控制组件残差信号。第二,利用基于时序排列的图像变换方法,实现残差信号的等效变换。第三,针对等效变换图像,利用NSCT开展多尺度多方向分解,从而提取可以表征性能退化的稳定故障特征。第四,针对提取的高维特征,利用DM算法实现高维特征点向低维空间的流形降维。最后,计算当前状态与健康状态间的测地线距离,并归一化为CV值,实现环控系统控制组件的性能退化评估。

技术领域

发明属于飞机环控技术领域,特别涉及一种基于NSCT和DM的飞机环控系统控制组件的性能退化评估方法。

背景技术

飞机环境控制系统是飞机的关键系统,其主要功能是调节飞机座舱和设备舱的压力和温度,从而为飞行员和机组其他人员提供舒适的环境,同时也为大部分机载设备提供正常的工作环境。一旦环控系统出现故障,会导致飞机温度和压力出现异常,严重状况下甚至会导致灾难性事故发生。然而,随着环控系统的组成结构愈发复杂,在其运行过程中,不可避免地会出现故障或者性能退化,因此需要对环控系统开展实时有效的健康评估,利用其性能退化评估结果开展视情维修,从而避免系统性能进一步退化,提升系统的可用性和安全性。

然而,目前针对飞机环控系统性能退化评估开展的研究较少,现有的大部分研究工作主要集中于飞机环控系统的故障检测和诊断上。其中,一部分有利用精确的物理模型实现环控系统的故障检测与诊断,另一部分将机器学习与信号处理的方法相结合,可以实现特定部件的故障模式识别。上述方法在实际应用中难以对环控系统的性能退化开展有效地评估。

为解决上述问题,本发明提出了一种基于非下采样轮廓波变换(nonsubsampledcontourlet transform,NSCT)和扩散映射(diffusion maps,以下简称DM)的环控系统控制组件性能退化评估方法,利用健康度表征环控系统控制组件的健康状态,从而为维修保障提供辅助决策支持。为了文字简练和方便表达的目的,部分技术特征使用了英文单词的字母缩写,本申请中英文字母缩写和相应技术特征的含义相同,现列表如下:

NSCT(nonsubsampled contourlet transform):非下采样轮廓波变换;

DM(diffusion maps):扩散映射;

RBF(radial basis function):径向基函数;

CV(confidence value):健康度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于NSCT和DM的飞机环控系统控制组件的性能退化评估方法,该方法能够有效地应用于飞机环控系统控制组件性能退化评估。该方法步骤如下:

步骤一、针对该对象,利用正常状态下系统输入和输出信号训练径向基函数(radial basis function,以下简称RBF)观测器,并获取正常状态残差;然后,在飞机环控系统控制组件性能退化状态下,将系统退化状态下的输入和输出信号送入观测器,获取性能退化状态的残差;

步骤二、针对正常状态残差和退化状态残差,利用基于时序排列的残差信号等效图像变换方法,将残差信号转换为正常状态和退化状态下的等效图像;

步骤三、针对正常状态和退化状态下的等效图像,利用NSCT开展多尺度和多方向分解,进而针对等效图像提取特征,构建正常特征向量和退化特征向量;

步骤四、针对正常特征向量和退化特征向量,利用DM算法实现高维特征向量向低维特征向量的投影变换,从而实现高维特征点向低维空间的流形降维;

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